background image

 
Ć

wiczenie MC_12. Bezstykowy pomiar temperatury, wyznaczanie współczynnika emisyjności. 

Wydział Paliw i Energii  Akademii Górniczo – Hutniczej w Krakowie 

1

Ć

wiczenie

 

MC_12

 

Temat ćwiczenia: 

 

Bezstykowy pomiar temperatury, 

wyznaczanie współczynnika emisyjności

 

Konspekt 

V_1.0 

Nr zespołu: 

Wydział, rok, grupa: 

Data 

Ocena 

Nazwisko i imię 

Teoria 

Wykonanie ćwiczenia 

Końcowa z ćwiczenia 

1. 

 

 

 

2. 

 

 

 

Elementy układu

1) zamrażarka; 

2) kamera termograficzna V 20; 

3) termometr cyfrowy; 

4) pirometr;  

5) komputer; 

6) przegrody z materiałów izolacyjnych; 

Dodatkowe elementy

6) termopary; 

7) taśma klejąca; 

8) stoper; 

9) nożyczki. 

 

 

12.1. Opis stanowiska pomiarowego 

Rolę urządzenia zapewniającego konieczną, do wywołania przepływu ciepła, różnicę temperatur pełni 

na  stanowisku  pomiarowym  lodówka  (zamrażarka).  Schemat  stanowiska  do  wyznaczania 

współczynnika przenikania ciepła znajduje się na rysunku 12.1. Stanowisko pomiarowe składa się z: 

• 

lodówki, na której zamocowane są przegrody z różnych materiałów budowlanych; 

• 

kamery termograficznej; 

• 

termometru cyfrowego z zestawem termopar;  

• 

komputera rejestrującego dane z urządzeń pomiarowych.  

Przegroda  (2)  z  materiału,  dla  którego  chcemy  ustalić  współczynnik  przenikania  ciepła,  jest 

odpowiednio  umocowana  na  ramie  lodówki  (1)  za  pomocą  pasów  z  rzepami.  Różnica  temperatur 

otoczenia (T

i

) i temperatury wewnątrz lodówki (T

e

) generuje w przegrodzie przepływ ciepła (Q). Do 

ustalenia  współczynnika  przenikania  ciepła  konieczne  jest  uzyskanie  wartości  temperatury 

wewnętrznej (T

se

) i zewnętrznej (T

si

) ścianki przegrody. Pomiar temperatur przeprowadzany jest przy 

użyciu  termometru  cyfrowego  (4),  wyposażonego  w  termopary,  których  końce  są  umocowane  przy 

pomocy  taśmy  samoprzylepnej  do  powierzchni  przegrody.  W  celu  zobrazowania  dwuwymiarowego 

rozkładu  temperatur  powierzchni  przegrody  przeprowadzany  jest  pomiar  mocy  promieniowania 

podczerwonego tej powierzchni, przy użyciu kamery termograficznej (3). Dane uzyskane za pomocą 

urządzeń pomiarowych są zapisywane przez komputer (5). 

background image

 
Ć

wiczenie MC_12. Bezstykowy pomiar temperatury, wyznaczanie współczynnika emisyjności. 

Wydział Paliw i Energii  Akademii Górniczo – Hutniczej w Krakowie 

2

W miejsce drzwiczek tej lodówki zamocowana jest rama stanowiąca uchwyt dla badanych przegród. 

Mocowanie  przegród  odbywa  się  przy  użyciu  odpowiednich  pasów  i  uchwytów  widocznych  na 

Rys.12.2. 

Zastosowana kamera to model V-20 produkcji firmy Vigo (przedstawiona na Rys. 12.3.). Całość jest 

transmitowana łączem szeregowym RS232 do komputera. Wyniki pomiaru są przedstawiane w postaci 

kolorowego  termogramu.  Termograf  V-20  dokonuje  57600  pomiarów  temperatury  podczas  jednego 

skanowania.  Przy  nastawieniu  optyki  na  nieskończoność,  uzyskujemy  pełną  ostrość  obrazu  od  2  m 

przy  rozdzielczości  10  mrad  oraz  od  4  m  przy  rozdzielczości  5  mrad.  Podstawowe  dane  techniczne 

urządzenia podane są poniżej: 

 

Rys  12.1

  Schemat  stanowiska 

pomiarowego 

do 

badania 

współczynników 

przewodzenia 

ciepła 

przy 

użyciu 

kamery 

termograficznej: 

1 –  lodówka; 

2 – przegroda z badanego 

materiału; 

3 – kamera termograficzna; 

4 – termometr cyfrowy wraz z 

      termoparami; 

5 – komputer. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Kamera  termograficzna  jest  sprzężona  z  komputerem,  na  którym  zainstalowane  jest  odpowiednie 

oprogramowanie, umożliwiające wizualizację, analizę oraz obróbkę obrazów termalnych.  

 

background image

 
Ć

wiczenie MC_12. Bezstykowy pomiar temperatury, wyznaczanie współczynnika emisyjności. 

Wydział Paliw i Energii  Akademii Górniczo – Hutniczej w Krakowie 

3

 

Rys.12.2

. Mocowanie przegrody i termopar. 

 

Rys.12.3

. Kamera termograficzna typu V - 20  

Parametry pracy kamery V-20: 
 

- detektor:  HgCdTe, chłodzony termoelektrycznie 
- rozdzielczość:   240x240 pikseli, 
-zakresy temperatur: zakres I: od (–15) do +25°C oraz   
                                zakres II od (–32) do +212°C, 
-rozdzielczość termiczna: 0,1 °C dla  zakresu I i   
                                          1  °C dla zakresu II, 
- zakres spektralny: 

8-12 µm, 

- dokładność pomiaru: 

5%, 

- kąt skanowania:  

30° x 30°, 

- czas tworzenia obrazu:  25 s, 
- temperatura otoczenia T

o

: do 30°C. 

 

 

Oprogramowanie  dla  kamery  termograficznej  –  program  TERMOGRAF  jest  oprogramowaniem 

wizualizacyjm i posiada duże możliwości obróbki termogramów poprzez: zmianę palety barw, zmianę 

zakresu  obrazowanych  temperatur  (zoom  termiczny),  automatyczne  wyszukiwanie  najcieplejszego  i 

najzimniejszego  punktu,  możliwość  zaznaczenia  regionu  zainteresowania,  w  którym  możemy 

odszukać  punkty  i  wyświetlić  ich  wartość,  istnieje  również  możliwość  wyeksportowania  danych 

termograficznych  z  zaznaczonego  obszaru  do  innych  programów  obróbki  danych,  co  pozwala  na 

wykorzystywanie  dodatkowych  możliwości  analizy  i  obróbki  danych.  Oprócz  możliwości 

Pasy z rzepami 

przytrzymujące badaną 

przegrodę 

Przegroda z płyty 

gipsowo-kartonowej 

T

se1

 

T

se2

 

Warstwa izolacyjna 

styropianu 

Płytka do pomiaru 

strumienia ciepła  

T

se

 

background image

 
Ć

wiczenie MC_12. Bezstykowy pomiar temperatury, wyznaczanie współczynnika emisyjności. 

Wydział Paliw i Energii  Akademii Górniczo – Hutniczej w Krakowie 

4

analizowania  i  obróbki  termogramów  oprogramowanie  umożliwia  również  ich  automatyczną 

archiwizację. Obraz interfejsu użytkownika został przedstawiony na Rys.12.4. 

 

Rys12.4

. Obraz interfejsu użytkownika oprogramowania termografu dla obrazu termalnego przegrody 

gipsowej wraz z wykresem przebiegu temperatury uzyskanej z termogramu. 

 
Kolejnym  elementem  wyposażenia  stanowiska  jest  termometr  cyfrowy  Rys.12.5a)  oraz  cztery 

termopary (termometr jednocześnie mierzy temperaturę z dwóch termopar). Termometr posiada opcje, 

dzięki  której  możliwe  jest  wyświetlanie  różnicy  temperatur  pokazywanych  przez  dwie  sondy 

pomiarowe. Zapamiętuje również maksymalną oraz minimalną zarejestrowaną temperaturę. 

 Rys. 12.5.a) Termometr cyfrowy używany w ćwiczeniu; 
                  b) pulpit manipulacyjny termometru 
 

 

 
 
 
 
 
 
 
 

 

 

Błąd (niepewność) pomiaru temperatury za pomocą termopar w niniejszym stanowisku przyjmujemy 

jako 

T = 

0.3 C. 

 

 

 

OPCJONALNA 
PALETA BARW 

ZOOM 
TERMICZNY 

TEMPERATURA 
MINIMALNA 

 

Objaśnienia klawiszy: 

θ

θ

θ

θ

 

-włączanie i wyłącznie urządzenia 

 

Rel/Hold 

 – nacisnąć krótko wskazania T1-T2; 

     

Hold -

 zmrożenie danych 

 nacisnąć przez  przycisk przez 2 s - wskazania 0,0 

Timer 

- ustawienie czasu pomiaru 

Channel -

 przełącznik trybu pracy T

lub T

2

  

                lub różnicy T

1

-T

2

 

 

C/F 

-

 przełączenie trybu wyświetlania T z 

o

C  na F 

 

Rec -

 

zapis 

 

θ

θ

θ

θ

 

Rec 

Rel 

Hold

 

C/F 

Timer 

 10) T

1

 

 10) T

2

 

a) 

 

b) 

 

background image

 
Ć

wiczenie MC_12. Bezstykowy pomiar temperatury, wyznaczanie współczynnika emisyjności. 

Wydział Paliw i Energii  Akademii Górniczo – Hutniczej w Krakowie 

5

 

 

 

 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11./12. Wykonanie ćwiczenia 

 

 

Bezstykowego pomiaru temperatury będziemy dokonywać pirometrem RAYTEK MX2 – Rys. 12.7.  

 

 

 

Rys. 12.7 Pirometr Raytek MX2 

• 

zakres mierzonych temperatur od (–30°C) do +900°C; 

• 

dokładność ±0,75 lub ±1°C; 

• 

czas odpowiedzi 250ms; 

• 

wskaźnik z kółeczkiem z 16-tu punktów laserowych 

• 

odległość/średnica kółeczka 60:1 

• 

ustawiana emisyjności 

• 

zasilanie 2 baterie AA. 

 

 

Instrukcje i więcej informacji na temat używanego w ćwiczeniu sprzętu pomiarowego znajdziesz na 

stronie platformy e-lerningowej. 

 

 

 

 1 Rec 

 

2 ma 

xmax 

 2 min 

AVG 

 3 Hold

3 Rel 

 

4 Bat 

OO.OO.OO

 

 

OO.OO.OO

 

 

5    

o

C   F 

 6  T

1

- T

2

 







E

 

11 

OO.OO.OO 

6 Channe

l

Objaśnienia: 

1) Rec

-tryb rejestracji; 2) max/min zapamiętane wart.T; 3) Hold/Relative–zamrożenie/ wyzerowanie 

4) Bat

- wskaźnik baterii; 5) tryb pracy

 o

C   F; 6)

 wskaźnik kanału pracy T

lub T

2

 lub różnica T

1

-T

2

 

6)

 Channel- przełączanie trybu pracy –temperatura T

1

lub T

2

 lub różnica T

1

-T

2

7) wyświetlacz 

główny T

1

lub T

2

 lub różnicy T

1

-T

2; 

8

) wskaźnik typu termopary; 9) wyświetlacz pomocniczy T

1

lub T

2

 

lub różnicy T

1

-T

2

10) gniazdo termopar T

1

-T

2; 

11

) zegar czasu względnego 

 

10 T

1

 

10 T

2

 

Rys. 12. 6

. Wyświetlacz 

termometru cyfrowego  

 

background image

 
Ć

wiczenie MC_12. Bezstykowy pomiar temperatury, wyznaczanie współczynnika emisyjności. 

Wydział Paliw i Energii  Akademii Górniczo – Hutniczej w Krakowie 

6

WYKONANIE ĆWICZENIA  

A. Zapoznanie się z obsługą kamery termograficznej 

Uruchomienie stanowiska

Uwaga:

  kamera  będzie  ustawiona  na  statywie,  podłączona  do  komputera,  zamrażarka  włączona  i 

założona zostanie przegroda. 

1. Nakierować kamerę na przegrodę. 

2. Włączyć komputer i uruchomić program TERMOGRAF (na pulpicie), 

     wybrać plik konfiguracyjny:  

config nr_ser 61_00.cfg

 

3. Zapoznać się ze skróconą instrukcją obsługi programu (w załączniku 1 niniejszej instrukcji , pełna 

instrukcja znajduje się na stanowisku pomiarowym. 

4.  Utworzyć  nowy  katalog  na  pulpicie,  nazwa  katalogu  tworzona  wg  klucza:  data  (miesiąc  dzień), 

grupa,  zespół,  dwie  pierwsze  litery  nazwisk  wykonujących  (poszczególne  dane  oddzielone  dolnym 

podkreśleniem). 

Przykład:  

ć

wiczenie jest wykonywane 17 lutego przez osoby Kowalski i Piekarski z grupy 2, zespół 5 to nazwa 

katalogu: 0217_2_5_kopi 

Do tego katalogu proszę zapisywać wszelkie wyniki pomiarów! 

5.  Włączyć  kamerę,  nawiązanie  połączenia  sygnalizowane  jest  pojawieniem  się  komunikatu 

„GOTÓW” 

6.  Odczekać  ok.  5  min  do  pojawienia  się  obrazu,  następnie  odczekać  jeszcze  ok.  5-10  min  do 

ustabilizowania się warunków pracy kamery. 

7. Wykonać skanowanie powierzchni – zapisać termogram nr 0 – pod nazwą: przegroda_00 

8. Przetestować możliwości programu:  

a)`zaznaczyć markery na termogramie; 

b) odczytać temperatury minimalne i maksymalne,  

c) zmienić zakres pomiaru i wykonać czynności z podpunktów a –b, 

d) sporządzić wykres liniowy d= f(T) i in. 

9. Wykonać skanowanie powierzchni i zapisać termogram nr 1 – pod nazwą: przegroda_01 

10. Na badanym termogramie nr 1:  

a) znaleźć miejsca o najwyższej i najniższej temperaturze,  

b) za pomocą markerów odczytać temperaturę w kilku wybranych punktach,  

c) wykonać wykres temperatury dla prostej poziomej przecinającej termogram 

11. Zapisać termogram nr 1 w postaci mapy bitowej i macierzy liczbowej i wydruku PDF. 

 

background image

 
Ć

wiczenie MC_12. Bezstykowy pomiar temperatury, wyznaczanie współczynnika emisyjności. 

Wydział Paliw i Energii  Akademii Górniczo – Hutniczej w Krakowie 

7

B. Pomiar bezstykowy temperatury i określenie emisyjności. 

12.  Skontrolować  położenie  termopar  mierzących  T

e

,  T

i

,  T

se

,  T

si

,  oraz  T

si1

  i  T

si2

  na  powierzchniach 

zewnętrznych przegrody.(Rys.12.2) (sprawdzić czy są dobrze dociśnięte do badanych powierzchni, 

ewentualnie poprawić docisk lub przykleić nowym kawałkiem taśmy). 

14. Odczytać nr przegrody i jej grubość z naklejki i wpisać dane do Tab.12.1. 

15. Przy wyłączonym termometrze cyfrowym przyłączyć dwa wtyki dwóch termopar do gniazd 10 T

1

 

i  10  T

2

  termometru  cyfrowego  przedstawionego  na  Rys.12.5a)  w  sposób  przedstawiony  na 

Rys.12.5a) 

16.  Włączyć  termometr  cyfrowy  (patrz  Rys.12.5a)  i  obserwować  zmiany  temperatury,  a  po  jej 

ustabilizowaniu: 

a) odczytać  wartość temperatury

 

T

i

, T

e

-

 i wyniki zapisać w Tab.12.1 .Wyłączyć termometr. 

17. Przyłączyć wtyki dwóch kolejnych termopar do dwóch gniazd termometru (przełączanie termopar 

odbywa  się  poprzez  wyjęcie  dwóch  wtyczek  termopar  z  dwóch  gniazd  miernika  i  włożenie  dwóch 

nowych  wtyczek  do  gniazd  –  UWAGA  !  zachować  prawidłową  polaryzację  termopar). 

Włączyć termometr. 

a)  Odczytać wartości  temperatur

 

T

si

, T

se

 wyświetlone na wyświetlaczu termometru i zanotować 

w Tab.12.1. 

b)  zanotować w Tab.12.1. temperatury T

si1

 i T

si2.

 

18.  Wykonać  pomiary  temperatury  za  pomocą  pirometru  kierując  go  prostopadle  do  mierzonej 

powierzchni  i  tak  aby  mierzony  obszar  był  jak  najmniejszy  (pirometr  w  odległości  1,15m  od 

mierzonego punktu) 

19.  Wykonać  termogram  za  pomocą  kamery  termograficznej  zgodnie  z  opisem  czynności 

manipulacyjnych  zawartych  w  pkt.  A  1-11.Wykonać  termogram  składający  się  przynajmniej  z  10 

pojedynczych  skanów.  Na  termogramie  odczytać  wartość  temperatury  odpowiadającej  położeniu 

termopary mierzącej temperaturę T

si 

poprzez oznaczenie tych punktów markerami. 

Otrzymane w wyniku pliki w postaci mapy bitowej, macierzy liczbowej i wydruku PDF skopiuj dla 

siebie w celu sporządzenia sprawozdania. 

 

 

Uwaga: 

Jeżeli  będzie  taka  potrzeba  wymiana  przegrody  powinna  się  odbywać  tak  szybko  jak  to 

możliwe!  Jedna  osoba  powinna  stać  z  przygotowaną  przegrodą,  a  druga  osoba  odkleja  termopary  z 

poprzedniej przegrody, zdejmuje przegrodę, po założeniu nowej przegrody przykleja taśmą termoparę 

wpierw do ścianki od strony wnętrza zamrażarki, zamyka zamrażarkę i nakleja termoparę zewnętrzną. 

Kawałki taśmy powinny być przygotowane wcześniej. 

 

background image

 
Ć

wiczenie MC_12. Bezstykowy pomiar temperatury, wyznaczanie współczynnika emisyjności. 

Wydział Paliw i Energii  Akademii Górniczo – Hutniczej w Krakowie 

8

II  Wyniki pomiarów i obliczenia 

Tab.12.1. Pomiary temperatury za pomocą pirometru i termopar: 

Przegroda nr......,   

Materiał przegrody:....................................................Grubość d ...........[cm] 

Materiał izolacji:........................................................Grubość d ...........[cm] 

Pomiar termoparą 

Pomiar pirometrem

 

Ti 

[

0

C] 

Tsi 

[

0

C] 

Tse 

[

0

C] 

Te 

[

0

C]

 

T

se1

 

[

0

C] 

T

se2

 

[

0

C] 

T

se1

 

[

0

C] 

T

se2

 

[

0

C] 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Pomiar termoparą

 

Pomiar pirometrem

 

Wartości uśrednione 

Ti 

[

0

C] 

Tsi 

[

0

C] 

Tse 

[

0

C] 

Te 

[

0

C]

 

T

se1

 

[

0

C] 

T

se2

 

[

0

C] 

T

se1

 

[

0

C] 

T

se2

 

[

0

C] 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

III Opracowanie wyników 

Pomiary  kamerą  termograficzną  traktowane  są  raczej  jako  jakościowe.  Ze  względu  na  brak  ścisłej 

teorii opisującej wiele aspektów przewodzenia ciepła (zwłaszcza przejmowanie ciepła z przegrody do 

otaczającego  powietrza)  czy  też  niemożność  ścisłego  kontrolowania  parametrów  otoczenia  (ruch 

powietrza, rozproszone, niestabilne, promieniowanie od słońca, osób czy innych źródeł ciepła) wyniki 

traktujemy jako szacunkowe. Należy je porównać z tablicowymi i w ten sposób oszacować dokładność 

naszej metody. 

 

A. Zapoznanie się z obsługą kamery termograficznej 

1) Opracować otrzymane termogramy: 

a) posumować wykonane prawidłowo termogramy celem uzyskania lepszej rozdzielczości, 

b) określić miejsca o najwyższej i najniższej temperaturze, 

c) wyeksportować otrzymany plik w postaci: 

pliku graficznego (.BMP), raportu w postaci wydruku PDF, macierzy liczbowej ostatniego skanu. 

d)  narysować  wykres  rozkładu  temperatury  dla  lini  w  której  znajdowały  się  markery  określające 

temperatury T

se 

.

 

e) opisać i wytłumaczyć obserwowany rozkład temperatury. 

 

background image

 
Ć

wiczenie MC_12. Bezstykowy pomiar temperatury, wyznaczanie współczynnika emisyjności. 

Wydział Paliw i Energii  Akademii Górniczo – Hutniczej w Krakowie 

9

B. Określenie emisyjności  

Temperaturę T

k

 wziąć z pomiaru pirometrem temperatur T

se

 Tab.12.1 

Temperaturę Tp- wziąć z z pomiaru termoparą temperatur T

se

 Tab.12.1 

Skorzystać  ze  wzoru  nr  1  i  obliczyć  współczynniki  emisyjności  dla  wszystkich  możliwych 

przypadków. 

4

95

.

0

ε

=

k

p

T

T

 [K]                                                               (1) 

 

gdzie: T

p

 

T

k

 – temperatury tego samego punktu na badanej płaszczy

ź

nie wskazywane odpowiednio 

przez termopar

ę

 (T

p

) i pirometrem  (T

k

) [K], 

ε

  -  emisyjno

ść

  badanej  powierzchni  (czynnik  0.95  wynika  z  ustawienia  pirometru  na  tak

ą

 

emisyjno

ść

). 

 

Tab.12.2.Obliczenie wartości współczynników emisyjności  

Lp 

Kolejne 

obliczane 

punkty T

sex

 

Temperatura 

Tp [°C] 

Temperatura 

T

k

 [°C] 

Temperatura 

T

p

 [K] 

Temperatura 

T

k

 [K] 

Emisyjność 

ε

ε

ε

ε

 

(wzór 1) 

T

se1-1

 

 

 

 

 

 

T

se1-2

 

 

 

 

 

 

T

se1-3

 

 

 

 

 

 

T

se1-4

 

 

 

 

 

 

T

se1śr

 

 

 

 

 

 

T

se2-1

 

 

 

 

 

 

T

se2-2

 

 

 

 

 

 

T

se2-3

 

 

 

 

 

 

T

se2-4

 

 

 

 

 

 

10

 

T

se2śr